新型土木工程材料的研究

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【摘要】科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展，人們的生活理念出現(xiàn)了一定的變化，對(duì)居住環(huán)境及生活環(huán)境的要求隨之增加。土木工程行業(yè)需要根據(jù)人們的實(shí)際需求，加強(qiáng)新型土木工程車材料的研發(fā)，廣泛應(yīng)用新型混凝土材料、智能材料及新型復(fù)合材料，提高土木工程結(jié)構(gòu)的性能，降低土木工程建設(shè)的成本，提升土木工程的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)土木工程的可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】土木工程；混凝土；復(fù)合材料

前言

土木工程材料是土木工程的基礎(chǔ)，其質(zhì)量及性能影響著整個(gè)土木工程的質(zhì)量，在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的當(dāng)下，土木工程材料層出不窮，土木工程項(xiàng)目建設(shè)中應(yīng)用了大量的新型土木工程材料，有效提高了土木工程的施工效率，緩解了施工人員的工作強(qiáng)度，可以降低土木工程施工的能耗，滿足人們對(duì)土木工程項(xiàng)目的需求。因此，對(duì)于新型土木工程材料的研究是很有必要的。

1新型土木工程材料的優(yōu)勢(shì)

在土木工程中，材料的選擇及應(yīng)用會(huì)對(duì)土木工程的質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。和傳統(tǒng)土木工程材料相比，新型土木材料在性能、能耗等方面，有顯著的優(yōu)勢(shì)，可以提升土木工程車材料的使用壽命。土木工程中新型土木材料的應(yīng)用，能夠顯著提升土木工程的施工效率，可以縮短土木工程施工的工期，降低施工人員的工作強(qiáng)度。與此同時(shí)，在土木工程建設(shè)工程中，存在大量的能源損耗，還會(huì)造成較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，土木工程施工單位需要加強(qiáng)新型土木工程材料的應(yīng)用，選擇新型綠色土木工程材料，降低土木工程的能源損耗，改善城市生態(tài)環(huán)境。綠色土木工程材料大都由生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的廢棄物制造而成，通過循環(huán)利用，降低生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染，而且綠色土木工程材料建造的建筑物，不會(huì)對(duì)建筑用戶的身體造成損害，可以顯著提升居民的生活質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展[1]。

2新型土木工程材料的類別及應(yīng)用

2.1新型混凝土材料

新型混凝土材料主要是在普通混凝土的基礎(chǔ)上，添加新型原料制作而成的混凝土材料，具備成本低廉、強(qiáng)度大以及施工難度低等優(yōu)勢(shì)。常見的新型混凝土有以下幾種：（1）輕質(zhì)混凝土，輕質(zhì)混凝土是在普通混凝土中應(yīng)用天然形狀記憶效應(yīng)示意圖輕骨料、煤矸石或者工業(yè)廢料輕骨料等材料。輕質(zhì)混凝土材料具備強(qiáng)度高、成本低、密度小等優(yōu)勢(shì)，具有良好的保溫性能及抗凍性能，適用于東北等寒冷地區(qū)的土木工程。（2）低強(qiáng)混凝土，低強(qiáng)混凝土主要是指抗壓強(qiáng)度在30MPa以內(nèi)的混凝土，可以在建筑地基和樁基澆筑中用作隔離或者填補(bǔ)材料，也能夠用作鋪墊基底。在公路路基和地下構(gòu)造施工工程中的應(yīng)用也較為廣泛。通過普通混凝土和低強(qiáng)混凝土的配合應(yīng)用，施工單位可以合理控制混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量及相對(duì)密度，在很大程度上避免了收縮裂縫的出現(xiàn)。（3）自密實(shí)混凝土，和普通混凝土制作流程有所差異，自密實(shí)混凝土不需要進(jìn)行振搗，而是根據(jù)自重完成密實(shí)。獨(dú)特的制造工藝使自密實(shí)混凝土具備更大的流動(dòng)性，但是自密實(shí)混凝土并不會(huì)出現(xiàn)離析問題，可以有效保障混凝土的基本性能。在土木工程中，自密實(shí)混凝土的施工不會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，可以支持夜間施工。自密實(shí)混凝土更為均勻，鋼筋可以在自密實(shí)混凝土中密集布置，適用于構(gòu)件體型相對(duì)復(fù)雜的土木工程中。

2.2智能土木工程材料

智能土木工程材料可以進(jìn)行自我診斷，有助于土木工程的智能化發(fā)展。目前土木工程中應(yīng)用最為廣泛的智能材料為碳纖維機(jī)敏混凝土，該智能材料由砂漿、混凝土、連續(xù)碳纖維或者短切碳纖維。碳纖維機(jī)敏混凝土的電阻率和材料的損傷狀況存在較為密切的聯(lián)系，通過對(duì)材料電阻率的測(cè)量，可以掌握土木工程結(jié)構(gòu)的狀況，明確結(jié)構(gòu)中是否存在應(yīng)變或者損傷，從而預(yù)先采取加固或者預(yù)防措施，保障土木工程相關(guān)用戶的安全。在實(shí)際的土木工程施工中，碳纖維機(jī)敏混凝土憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能，可以和普通混凝土進(jìn)行配合應(yīng)用，在市政工程中的應(yīng)用十分廣泛，交通部門可以通過碳纖維機(jī)敏混凝土材料，獲取道路車輛的載重狀況，不僅可以掌握道路的損傷狀況，還可以找出超載車輛，保障交通運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行。另外，形狀記憶合金在土木工程中的應(yīng)用較為廣泛，在該智能材料的形狀被改變之后，可以產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)樽畛醯男螒B(tài)。這一特征使得形狀記憶合金具備自我診斷功能，有助于土木工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升。施工人員大都將其設(shè)置于結(jié)構(gòu)層間或者底部等容易使受到地震作用的部位，可以有效消耗地震能量，提高建筑物的抗震性。

2.3新型復(fù)合材料

對(duì)于土木工程而言，新型復(fù)合材料主要是指FRP（纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料），該復(fù)合材料是將基體材料與纖維材料按照一定比例混合而成，具備較為優(yōu)異的力學(xué)性能，在機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性和硬度等方面，都要優(yōu)于傳統(tǒng)土木工程材料。在以往的土木工程施工中，由于材料的不足，土木工程結(jié)構(gòu)存在過早退化及結(jié)構(gòu)功能缺乏等問題，而新型復(fù)合材料的出現(xiàn)，有效解決了這一問題。纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料能夠替代鋼管或者鋼筋，用作土木結(jié)構(gòu)，對(duì)于退化的土木工程結(jié)構(gòu)，施工單位可以使用纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料進(jìn)行加固。大量實(shí)踐研究表明，纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料復(fù)合札工程結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化及大跨度發(fā)展趨勢(shì)，值得推廣應(yīng)用[2]。

3新型土木工程材料的發(fā)展趨勢(shì)分析

3.1復(fù)合化發(fā)展

通過上述分析可知，和普通土木工程材料相比，復(fù)合材料具備更為顯著的優(yōu)勢(shì)及廣闊的應(yīng)用范圍。以纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料為例，該新型土木工程材料在水工結(jié)構(gòu)、隧道工程及地下構(gòu)造施工中的應(yīng)用十分廣泛，可以避免鋼筋被銹蝕，大大縮短了土木工程的維護(hù)管理費(fèi)用及時(shí)間。目前已有施工單位將纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料應(yīng)用于橋梁工程及巖土采挖工程中，研究學(xué)者也針對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料的性能，研發(fā)了配套生產(chǎn)產(chǎn)品，如配套錨夾具以及FRP筋。在未來(lái)的發(fā)展中，研究學(xué)者需要加強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料及其配套產(chǎn)品的研究，促進(jìn)新型土木工程材料的復(fù)合化發(fā)展。

3.2綠色化發(fā)展

在新型土木工程材料的發(fā)展中，需要貫徹落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)土木工程材料的綠色化發(fā)展。在土木工程材料更新?lián)Q代的同時(shí)，工程節(jié)能化力度隨之增加，道路橋梁等工程需要降低能耗，建筑工程需要提升防水保溫性能，減少土木工程的能耗。與此同時(shí)，在人們生活水平及生活質(zhì)量逐漸提升的當(dāng)下，人們對(duì)居住環(huán)境及建筑材料的要求隨之升高，施工單位需要盡量選擇綠色、無(wú)污染、可循環(huán)的土木工程材料。比如，在未來(lái)的土木工程施工中，施工單位需要盡量減少水泥的應(yīng)用，而是推廣將工業(yè)廢渣作為生產(chǎn)原料的新型混凝土材料，從而提升土木工程的社會(huì)效益及環(huán)保效益。

3.3智能化發(fā)展

智能材料的應(yīng)用有效解決了土木工程結(jié)構(gòu)存在的安全性及持久性問題。因此，在未來(lái)的發(fā)展中，智能材料將會(huì)在土木工程中得到廣泛的應(yīng)用，施工單位可以在土木工程結(jié)構(gòu)中安裝傳感器，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)高效的土木工程管理，有助于土木工程使用壽命的延長(zhǎng)。就目前的狀況看來(lái)，智能材料在土木工程中的應(yīng)用局限于大型水力發(fā)電工程以及高層建筑等項(xiàng)目中，施工單位可以將其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到大水壩工程、采油平臺(tái)以及船閘等混凝土結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)新型土木工程的智能化發(fā)展。

3.4高性能化發(fā)展

研究學(xué)者需要加強(qiáng)對(duì)新型土木工程材料的研發(fā)，通過高性能化材料的推出，實(shí)現(xiàn)智能結(jié)構(gòu)及功能一體化發(fā)展。具體而言，研究學(xué)者需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，研發(fā)相應(yīng)的高性能材料，實(shí)現(xiàn)土木工程材料的專業(yè)化發(fā)展。比如，抗震性能較強(qiáng)的新型材料、防水性能較強(qiáng)的新型材料、保溫性能或者吸聲性能較強(qiáng)的新型材料等。新型土木工程材料的高性能化發(fā)展，可以進(jìn)一步提升土木工程質(zhì)量及建設(shè)水平的[3]。

4結(jié)論

綜上所述，科學(xué)進(jìn)步帶動(dòng)了土木行業(yè)理念的創(chuàng)新，研究人員需要加強(qiáng)新型土木工程材料的研發(fā)。通過本文的分析可知，施工單位需要推廣應(yīng)用新型土木工程材料；研究人員需要加強(qiáng)智能化、綠色化、高性能化及復(fù)合化土木工程材料的研發(fā)，為土木工程項(xiàng)目建設(shè)提供專業(yè)的材料，保障土木工程的質(zhì)量。希望本文的分析可以為相關(guān)研究提供理論參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王林林.新型土木工程材料研究進(jìn)展[J].綠色環(huán)保建材，2017（12）：5.

[2]李俊龍.新型混凝土材料在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].門窗，2017（11）：226.

[3]岳太恒.土木工程施工過程中應(yīng)用的新型材料分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（22）：142~143.

作者：許春婭 單位：南京國(guó)環(huán)科技股份有限公司